Сатурн

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Шаблон:Карточка планеты Шаблон:Значения Сату́рн — шестая планета от Солнца и вторая по размерам планета в Солнечной системе после Юпитера. Сатурн, а также Юпитер, Уран и Нептун, классифицируются как планеты-гиганты. Сатурн назван в честь римского бога земледелия.Шаблон:Переход Символ Сатурна — серп (Юникод: ♄).

В основном Сатурн состоит из водорода, с примесями гелия и следами воды, метана, аммиака и тяжёлых элементов. Внутренняя область представляет собой относительно небольшое ядро из железа, никеля и льда, покрытое тонким слоем металлического водорода и газообразным внешним слоем.Шаблон:Переход Внешняя атмосфера планеты кажется из космоса спокойной и однородной, хотя иногда на ней появляются долговременные образования. Скорость ветра на Сатурне может достигать местами Шаблон:Nobr, что значительно больше, чем на Юпитере.Шаблон:Переход У Сатурна имеется планетарное магнитное поле, занимающее промежуточное положение по напряжённости между магнитным полем Земли и мощным полем Юпитера. Магнитное поле Сатурна простирается на Шаблон:Nobr в направлении Солнца. Ударная волна была зафиксирована «Вояджером-1» на расстоянии в Шаблон:Nobr Сатурна от самой планеты, магнитопауза расположена на расстоянии в Шаблон:Nobr.Шаблон:Переход

Сатурн обладает заметной системой колец, состоящей главным образом из частичек льда, меньшего количества тяжёлых элементов и пыли.Шаблон:Переход Вокруг планеты обращается 82 известных на данный момент спутника[1]. Титан — самый крупный из них, а также второй по размерам спутник в Солнечной системе (после спутника Юпитера, Ганимеда), который превосходит по своим размерам Меркурий и обладает единственной среди спутников планет Солнечной системы плотной атмосферой.Шаблон:Переход

На орбите Сатурна находилась автоматическая межпланетная станция (АМС) «Кассини», запущенная в 1997 году и достигшая системы Сатурна в 2004 году. В задачи АМС входило изучение структуры колец, а также динамики атмосферы и магнитосферы планеты. 15 сентября 2017 года станция завершила свою миссию, сгорев в атмосфере планеты[2]. Шаблон:Переход

Сатурн среди планет Солнечной системы

Сатурн относится к типу газовых планет: он состоит в основном из газов и не имеет твёрдой поверхности. Экваториальный радиус планеты равен Шаблон:Nobr, полярный радиус — Шаблон:Nobr[3]; из всех планет Солнечной системы Сатурн обладает наибольшим сжатием. Масса планеты в Шаблон:Nobr превышает массу Земли, однако средняя плотность Сатурна составляет всего Шаблон:Nobr[3], что делает его единственной планетой Солнечной системы, чья средняя плотность меньше плотности воды. Поэтому, хотя массы Юпитера и Сатурна различаются более чем в 3 раза, их экваториальный диаметр различается только на 19 %. Плотность остальных газовых гигантов значительно больше Шаблон:Nobr. Ускорение свободного падения на экваторе составляет Шаблон:Nobr, что сопоставимо со значениями Земли и Нептуна, но намного меньше, чем у Юпитера.

Орбитальные характеристики и вращение

Среднее расстояние между Сатурном и Солнцем составляет Шаблон:Nobr (Шаблон:Nobr)[3]. Двигаясь со средней скоростью Шаблон:Nobr, Сатурн обращается вокруг Солнца за Шаблон:Nobr (примерно Шаблон:Nobr). Расстояние от Сатурна до Земли меняется в пределах от 1195 (Шаблон:Nobr) до 1660 (Шаблон:Nobr) млн км, среднее расстояние во время их противостояния около Шаблон:Nobr[3]. Сатурн и Юпитер находятся почти в точном резонансе 2:5. Поскольку эксцентриситет орбиты Сатурна 0,056, то разность расстояния до Солнца в перигелии и афелии составляет Шаблон:Nobr[3].

Видимые при наблюдениях характерные объекты атмосферы Сатурна вращаются с разной скоростью в зависимости от широты. Как и в случае Юпитера, имеется несколько групп таких объектов. Так называемая «Зона 1» имеет период вращения Шаблон:Nobr (то есть угловая скорость составляет 844,3°/сутки, или Шаблон:Nobr). Она простирается от северного края южного экваториального пояса до южного края северного экваториального пояса. На всех остальных широтах Сатурна, составляющих «Зону 2», период вращения первоначально был оценён в Шаблон:Nobr (скорость 810,76°/сутки или Шаблон:Nobr). Впоследствии данные были пересмотрены: была дана новая оценка — 10 ч, 34 мин и 13 с[4][5]. «Зона 3», наличие которой предполагается на основе наблюдений радиоизлучения планеты в период полёта «Вояджера−1», имеет период вращения Шаблон:Nobr (скорость 810,8°/сутки или Шаблон:Nobr).

В качестве продолжительности оборота Сатурна вокруг оси принята величина Шаблон:Nobr, Шаблон:Nobr и Шаблон:Nobr[6]. Сатурн — единственная планета, у которой осевая скорость вращения на экваторе больше орбитальной скорости вращения (Шаблон:Nobr и Шаблон:Nobr соответственно). Точная величина периода вращения внутренних частей планеты остаётся трудноизмеримой. Когда аппарат «Кассини» достиг Сатурна в 2004 году, было обнаружено, что согласно наблюдениям радиоизлучения длительность оборота внутренних частей заметно превышает период вращения в «Зоне 1» и «Зоне 2» и составляет приблизительно Шаблон:Nobr Шаблон:Nobr[7].

Дифференциальное вращение атмосферы Сатурна подобно вращению атмосфер Юпитера и Венеры, а также Солнца. Скорость вращения Сатурна переменна не только по широте и глубине, но и во времени. Впервые это обнаружил А. Вилльямс[8]. Анализ переменности периода вращения экваториальной зоны Сатурна за 200 лет показал, что основной вклад в эту переменность вносит полугодовой и годовой циклы[9].

В марте 2007 года было обнаружено, что вращение диаграммы направленности радиоизлучения Сатурна порождено конвекционными потоками в плазменном диске, которые зависят не только от вращения планеты, но и от других факторов. Было также сообщено, что колебание периода вращения диаграммы направленности связано с активностью гейзера на спутнике Сатурна — Энцеладе. Заряженные частицы водяных паров на орбите планеты приводят к искажению магнитного поля и, как следствие, картины радиоизлучения. Обнаруженная картина породила мнение, что на сегодняшний день вообще не существует корректного метода определения скорости вращения ядра планеты[10][11][12].

Происхождение

Происхождение Сатурна (равно как и Юпитера) объясняют две основные гипотезы. Согласно гипотезе «контракции», схожесть состава Сатурна с Солнцем в том, что у обоих небесных тел имеется большая доля водорода, и, как следствие, малую плотность можно объяснить тем, что в процессе формирования планет на ранних стадиях развития Солнечной системы в газопылевом диске образовались массивные «сгущения», давшие начало планетам, то есть Солнце и планеты формировались схожим образом. Тем не менее, эта гипотеза не может объяснить различия состава Сатурна и Солнца[13].

Гипотеза «аккреции» гласит, что процесс образования Сатурна происходил в два этапа. Сначала в течение 200 миллионов лет[13] шёл процесс формирования твёрдых плотных тел, наподобие планет земной группы. Во время этого этапа из области Юпитера и Сатурна диссипировала часть газа, что затем повлияло на различие в химическом составе Сатурна и Солнца. Затем начался второй этап, когда самые крупные тела достигли удвоенной массы Земли. На протяжении нескольких сотен тысяч лет длился процесс аккреции газа на эти тела из первичного протопланетного облака. На втором этапе температура наружных слоёв Сатурна достигала 2000 °C[13].

Атмосфера и строение

Файл:Северное сияние над северным полюсом Сатурна.jpg
Полярное сияние над северным полюсом Сатурна. Сияния окрашены в голубой цвет, а лежащие внизу облака — в красный. Прямо под сияниями видно обнаруженное ранее шестиугольное облако

Верхние слои атмосферы Сатурна состоят на 96,3 % из водорода (по объёму) и на 3,25 % — из гелия[14] (по сравнению с 10 % в атмосфере Юпитера). Имеются примеси метана, аммиака, фосфина, этана и некоторых других газов[15][16]. Аммиачные облака в верхней части атмосферы мощнее юпитерианских. Облака нижней части атмосферы состоят из гидросульфида аммония (NH4SH) или воды[17].

По данным «Вояджеров», на Сатурне дуют сильные ветра, до Шаблон:Nobr[18], в основном в восточном направлении (по направлению осевого вращения). Их сила ослабевает при удалении от экватора; при удалении от экватора появляются также и западные атмосферные течения. Ряд данных указывает, что циркуляция атмосферы происходит не только в слое верхних облаков, но и на глубине, по крайней мере, до Шаблон:Nobr Кроме того, измерения «Вояджера-2» показали, что ветры в южном и северном полушариях симметричны относительно экватора. Есть предположение, что симметричные потоки как-то связаны под слоем видимой атмосферы[18].

Файл:Saturn aurora.jpg
Британские астрономы обнаружили в атмосфере Сатурна новый тип полярного сияния, которое образует кольцо вокруг одного из полюсов планеты

В атмосфере Сатурна иногда появляются устойчивые образования, представляющие собой сверхмощные ураганы. Аналогичные объекты наблюдаются и на других газовых планетах Солнечной системы (см. Большое красное пятно на Юпитере, Большое тёмное пятно на Нептуне). Гигантский «Большой белый овал» появляется на Сатурне примерно один раз в Шаблон:Nobr, в последний раз он наблюдался в 2010 году (менее крупные ураганы образуются чаще).

12 ноября 2008 года камеры станции «Кассини» получили изображения северного полюса Сатурна в инфракрасном диапазоне. На них исследователи обнаружили полярные сияния, подобные которым не наблюдались ещё ни разу в Солнечной системе. Также данные сияния наблюдались в ультрафиолетовом и видимом диапазонах[19]. Полярные сияния представляют собой яркие непрерывные кольца овальной формы, окружающие полюс планеты[20]. Кольца располагаются на широте, как правило, в 70—80°[21]. Южные кольца располагаются на широте в среднем Шаблон:Nowrap, а северные — ближе к полюсу примерно на 1,5°, что связано с тем, что в северном полушарии магнитное поле несколько сильнее[22]. Иногда кольца становятся спиральной формы вместо овальной[19].

В отличие от Юпитера полярные сияния Сатурна не связаны с неравномерностью вращения плазменного слоя во внешних частях магнитосферы планеты[21]. Предположительно, они возникают из-за магнитного пересоединения под действием солнечного ветра[23]. Форма и вид полярных сияний Сатурна сильно меняются с течением времени[20]. Их расположение и яркость сильно связаны с давлением солнечного ветра: чем оно больше, тем сияния ярче и ближе к полюсу[20]. Среднее значение мощности полярного сияния составляет Шаблон:Nobr в диапазоне Шаблон:Nobr (ультрафиолет) и Шаблон:Nobr в диапазоне Шаблон:Nobr (инфракрасный)[21].

Во время бурь и штормов на Сатурне наблюдаются мощные разряды молнии. Электромагнитная активность Сатурна, вызванная ими, колеблется с годами от почти полного отсутствия до очень сильных электрических бурь[24].

28 декабря 2010 года «Кассини» сфотографировал шторм, напоминающий сигаретный дым[25]. Ещё один, особенно мощный шторм, был зафиксирован 20 мая 2011 года[26].

Шестиугольное образование на северном полюсе

Файл:Saturn hexagonal north pole feature.jpg
Гексагональное атмосферное образование на северном полюсе Сатурна

Шаблон:Main Облака на северном полюсе Сатурна образуют гигантский шестиугольник (гексагон). Впервые это обнаружено во время пролётов «Вояджера» около Сатурна в 1980-х годах[27][28][29], подобное явление никогда не наблюдалось ни в одном другом месте Солнечной системы. Шестиугольник располагается на широте 78°, и каждая его сторона составляет приблизительно Шаблон:Nobr, то есть больше диаметра Земли и внутри него могут поместиться четыре Земли. Период его вращения — Шаблон:Nobr. Этот период совпадает с периодом изменения интенсивности радиоизлучения, который, в свою очередь, принят равным периоду вращения внутренней части Сатурна.

Странная структура облаков показана на инфракрасном изображении, полученном обращающимся вокруг Сатурна космическим аппаратом «Кассини» в октябре 2006 года. Изображения показывают, что шестиугольник оставался стабильным все Шаблон:Nobr после полёта «Вояджера»[27], причём шестиугольная структура облаков сохраняется во время их вращения. Отдельные облака на Земле могут иметь форму шестиугольника, но, в отличие от них, шестиугольник на Сатурне близок к правильному. Предполагается, что в районе гексагона имеется значительная неравномерность облачности. Области, в которых облачность практически отсутствует, имеют высоту до Шаблон:Nobr[27].

Полного объяснения этого явления пока нет, однако учёным удалось провести эксперимент, который довольно точно смоделировал эту атмосферную структуру[30]. 30-литровый баллон с водой поставили на вращающуюся установку, причём внутри были размещены маленькие кольца, вращающиеся быстрее ёмкости. Чем больше была скорость кольца, тем больше форма вихря, который образовывался при совокупном вращении элементов установки, отличалась от круговой. В этом эксперименте был получен, в том числе, и 6-угольный вихрь[31].

Внутреннее строение

Файл:Interior of Saturn.svg
Внутреннее строение Сатурна

В глубине атмосферы Сатурна растут давление и температура, а водород переходит в жидкое состояние, однако этот переход является постепенным[32]. На глубине около Шаблон:Nobr водород становится металлическим (давление там достигает около 3 миллионов атмосфер). Циркуляция электрических токов в металлическом водороде создаёт магнитное поле (гораздо менее мощное, чем у Юпитера). В центре планеты находится массивное ядро из твёрдых и тяжёлых материалов — силикатов, металлов и, предположительно, льда. Его масса составляет приблизительно от 9 до 22 масс Земли[33]. Температура ядра достигает Шаблон:Nobr, а энергия, которую Сатурн излучает в космос, в 2,5 раза больше энергии, которую планета получает от Солнца. Значительная часть этой энергии генерируется за счёт механизма Кельвина — Гельмгольца (когда температура планеты падает, то падает и давление в ней, в результате она сжимается, а потенциальная энергия её вещества переходит в тепло). При этом, однако, было показано, что этот механизм не может являться единственным источником энергии планеты[34]. Предполагается, что дополнительная часть тепла создаётся за счёт конденсации и последующего падения капель гелия через слой водорода (менее плотный, чем капли) вглубь ядра[35][36]. Результатом является переход потенциальной энергии этих капель в тепловую. По оценкам, область ядра имеет диаметр приблизительно Шаблон:Nobr[36].

Магнитное поле

Файл:Plasma magnet saturn.jpg
Структура магнитосферы Сатурна

Магнитосфера Сатурна открыта космическим аппаратом «Пионер-11» в 1979 году. По размерам уступает только магнитосфере Юпитера. Магнитопауза, граница между магнитосферой Сатурна и солнечным ветром, расположена на расстоянии порядка 20 радиусов Сатурна от его центра, а хвост магнитосферы протягивается на сотни радиусов. Магнитосфера Сатурна наполнена плазмой, продуцируемой планетой и её спутниками. Среди спутников наибольшую роль играет Энцелад, гейзеры которого выбрасывают водяной пар, часть которого ионизируется магнитным полем Сатурна[37][38].

Взаимодействие между магнитосферой Сатурна и солнечным ветром генерирует яркие овалы полярного сияния вокруг полюсов планеты, наблюдаемые в видимом, ультрафиолетовом и инфракрасном свете.

Магнитное поле Сатурна, так же как и Юпитера, создаётся за счёт эффекта динамо при циркуляции металлического водорода во внешнем ядре. Магнитное поле является почти дипольным, так же как и у Земли, с северным и южным магнитными полюсами. Северный магнитный полюс находится в северном полушарии, а южный — в южном, в отличие от Земли, где расположение географических полюсов противоположно расположению магнитных[23]. Величина магнитного поля на экваторе Сатурна Шаблон:Nobr Шаблон:Nobr, что соответствует дипольному магнитному моменту примерно в Шаблон:Nobr[39]. Магнитный диполь Сатурна жёстко связан с его осью вращения, поэтому магнитное поле очень асимметрично. Диполь несколько смещён вдоль оси вращения Сатурна к северному полюсу. Магнитная ось Сатурна практически совпадает с осью его вращения — угол отклонения не превышает 0,01° (у Земли — 11°)[40].

Внутреннее магнитное поле Сатурна отклоняет солнечный ветер от поверхности планеты, предотвращая его взаимодействие с атмосферой, и создаёт область, называемую магнитосферой и наполненную плазмой совсем иного вида, чем плазма солнечного ветра. Магнитосфера Сатурна — вторая по величине магнитосфера в Солнечной системе, наибольшая — магнитосфера Юпитера. Как и в магнитосфере Земли, граница между солнечным ветром и магнитосферой называется магнитопаузой. Расстояние от магнитопаузы до центра планеты (по прямой Солнце — Сатурн) варьируется от 16 до Шаблон:Nobr (Шаблон:Math — экваториальный радиус Сатурна)[38][41]. Расстояние зависит от давления солнечного ветра, который зависит от солнечной активности. Среднее расстояние до магнитопаузы составляет Шаблон:Nobr. С другой стороны планеты солнечный ветер растягивает магнитное поле Сатурна в длинный магнитный хвост.

Исследования планеты

Сатурн — одна из пяти планет Солнечной системы, легко видимых невооружённым глазом с Земли. В максимуме блеск Сатурна превышает первую звёздную величину. Чтобы наблюдать кольца Сатурна, необходим телескоп с апертурой не менее Шаблон:Nobr[42]. При апертуре инструмента в Шаблон:Nobr видны более тёмная полярная шапка, тёмная полоса у тропика и тень колец на планете. А при апертуре Шаблон:Nobr станут различимы четыре-пять полос облаков в атмосфере и неоднородности в них, но их контраст будет заметно меньше, чем у юпитерианских.

Файл:SaturnInBadTelescope.jpg
Вид Сатурна в современный телескоп (слева) и в телескоп времён Галилея (справа)

Впервые наблюдая Сатурн через телескоп в 1609—1610 годах, Галилео Галилей заметил, что Сатурн выглядит не как единое небесное тело, а как три тела, почти касающихся друг друга, и высказал предположение, что это два крупных «компаньона» (спутника) Сатурна. Два года спустя Галилей повторил наблюдения и, к своему изумлению, не обнаружил «спутников»[43].

В 1659 году Гюйгенс с помощью более мощного телескопа выяснил, что «компаньоны» — это на самом деле тонкое плоское кольцо, опоясывающее планету и не касающееся её. Гюйгенс также открыл самый крупный спутник Сатурна — Титан. Начиная с 1675 года изучением планеты занимался Кассини. Он заметил, что кольцо состоит из двух колец, разделённых чётко видимым зазором — щелью Кассини, и открыл ещё несколько крупных спутников Сатурна: Япет, Тефию, Диону и Рею[44].

В дальнейшем значительных открытий не было до 1789 года, когда Уильям Гершель открыл ещё два спутника — Мимас и Энцелад. Затем группой британских астрономов был открыт спутник Гиперион, с формой, сильно отличающейся от сферической, находящийся в орбитальном резонансе с Титаном[45]. В 1899 году Уильям Пикеринг открыл Фебу, которая относится к классу нерегулярных спутников и не вращается синхронно с Сатурном как большинство спутников. Период её обращения вокруг планеты — более 500 дней, при этом обращение идёт в обратном направлении. В 1944 году Джерардом Койпером было открыто наличие мощной атмосферы на другом спутнике — Титане[46][47]. Данное явление для спутника уникально в Солнечной системе.

Файл:Saturnoppositions-animated.gif
Сатурн, как его видно с Земли в противостояние, 20012029 гг. (компьютерная симуляция)

В 1990-х Сатурн, его спутники и кольца неоднократно исследовались космическим телескопом «Хаббл». Долговременные наблюдения дали немало новой информации, которая была недоступна для «Пионера-11» и «Вояджеров» при их однократном пролёте мимо планеты. Также было открыто несколько спутников Сатурна, и определена максимальная толщина его колец. При измерениях, проведённых 20—21 ноября 1995 года, была определена их детальная структура[48]. В период максимального наклона колец в 2003 году были получены 30 изображений планеты в различных диапазонах длин волн, что на тот момент дало наилучший охват по спектру излучений за всю историю наблюдений[49]. Эти изображения позволили учёным лучше изучить динамические процессы, происходящие в атмосфере, и создавать модели сезонного поведения атмосферы. Также широкомасштабные наблюдения Сатурна велись Южной Европейской обсерваторией в период с 2000 по 2003 год. Было обнаружено несколько маленьких спутников неправильной формы[50].

Исследования с помощью космических аппаратов

Файл:Saturn eclipse.jpg
Затмение Солнца Сатурном 15 сентября 2006. Фото межпланетной станции Кассини с расстояния Шаблон:Nobr. На фотографии слева, над самым ярким кольцом видна маленькая голубая точка — Земля[51]

Шаблон:Main

В 1979 году автоматическая межпланетная станция (АМС) США «Пионер-11» впервые в истории пролетела вблизи Сатурна. Изучение планеты началось 2 августа 1979 года. Окончательное сближение с Сатурном состоялось 1 сентября 1979 года[52]. Во время полёта аппарат приблизился к слою максимальной облачности планеты на расстояние Шаблон:Nobr[53]. Были получены изображения планеты и некоторых её спутников, однако их разрешение было недостаточно для того, чтобы разглядеть детали поверхности. Также, ввиду малой освещённости Сатурна Солнцем, изображения были слишком тусклые. Аппарат также пролетел под плоскостью колец для их изучения. В числе открытий было обнаружение тонкого кольца F. Кроме того, было обнаружено, что многие участки, видимые с Земли как светлые, были видны с «Пионера-11» как тёмные, и наоборот[52]. Также аппаратом была измерена температура Титана. Исследования планеты продолжались до 15 сентября, после чего аппарат стал удаляться от Сатурна и Солнца[53].

В 1980—1981 годах за «Пионером-11» последовали также американские АМС «Вояджер-1» и «Вояджер-2». «Вояджер-1» сблизился с планетой 13 ноября 1980 года, но его исследование Сатурна началось ещё за три месяца до этого. Во время прохождения был сделан ряд фотографий в высоком разрешении. Удалось получить изображение спутников: Титана, Мимаса, Энцелада, Тефии, Дионы, Реи. При этом аппарат пролетел около Титана на расстоянии всего Шаблон:Nobr, что позволило собрать данные о его атмосфере и температуре[54]. Было установлено, что атмосфера Титана настолько плотная, что не пропускает достаточного количества света в видимом диапазоне, поэтому фотографий деталей его поверхности получить не удалось. После этого аппарат покинул плоскость эклиптики Солнечной системы, чтобы заснять Сатурн с полюса[55].

Файл:PIA10487 - Many Colors, Many Moons.jpg
Сатурн и его спутники — Титан, Янус, Мимас и Прометей — на фоне колец Сатурна, видимых с ребра и диска планеты-гиганта

Годом позже, 25 августа 1981 года, к Сатурну приблизился «Вояджер-2». За время своего пролёта аппарат произвёл исследование атмосферы планеты с помощью радара. Были получены данные о температуре и плотности атмосферы. На Землю было отправлено около Шаблон:Nobr фотографий с наблюдениями. Во время полётов система поворота камеры заклинилась на несколько суток, и часть необходимых изображений получить не удалось. Затем аппарат, используя силу притяжения Сатурна, развернулся и полетел по направлению к Урану[55]. Также эти аппараты впервые обнаружили магнитное поле Сатурна и исследовали его магнитосферу, наблюдали штормы в атмосфере Сатурна, получили детальные снимки структуры колец и выяснили их состав. Были открыты щель Максвелла и щель Килера в кольцах. Кроме того, около колец было открыто несколько новых спутников планеты.

В 1997 году к Сатурну была запущена АМС «Кассини-Гюйгенс», которая после Шаблон:Nobr полёта 1 июля 2004 года достигла системы Сатурна и вышла на орбиту вокруг планеты. Основными задачами этой миссии, рассчитанной первоначально на Шаблон:Nobr, являлось изучение структуры и динамики колец и спутников, а также изучение динамики атмосферы и магнитосферы Сатурна и детальное изучение крупнейшего спутника планеты — Титана.

До выхода на орбиту в июне 2004 года АМС прошла мимо Фебы и послала на Землю её снимки в высоком разрешении и другие данные. Кроме того, американский орбитальный аппарат «Кассини» неоднократно пролетал у Титана. Были получены изображения больших озёр и их береговой линии со значительным количеством гор и островов. Затем специальный европейский зонд «Гюйгенс» отделился от аппарата и на парашюте 14 января 2005 года спустился на поверхность Титана. Спуск занял Шаблон:Nobr. Во время спуска «Гюйгенс» отбирал пробы атмосферы. Согласно интерпретации данных с зонда «Гюйгенс», верхняя часть облаков состоит из метанового льда, а нижняя — из жидких метана и азота[56].

С начала 2005 года учёные наблюдали за излучением, идущим с Сатурна. 23 января 2006 года на Сатурне произошёл шторм, который дал вспышку, в Шаблон:Nobr превосходящую по мощности обычное излучение в диапазоне радиочастот[57]. В 2006 году НАСА доложило об обнаружении аппаратом очевидных следов воды, которые извергаются гейзерами Энцелада[58]. В мае 2011 года учёные НАСА заявили, что Энцелад «оказался наиболее приспособленным для жизни местом в Солнечной системе после Земли»[59][60].

Файл:Сатурн и его спутники.jpg
Сатурн и его спутники: в центре снимка — Энцелад, справа, крупным планом, видна половинка Реи, из-за которой выглядывает Мимас. Фотография сделана зондом «Кассини», июль 2011[61]

Фотографии, сделанные «Кассини», позволили сделать другие значительные открытия. По ним были обнаружены ранее неоткрытые кольца планеты вне главной яркой области колец и внутри колец G и Е. Данные кольца получили названия R/2004 S1 и R/2004 S2[62]. Предполагается, что материал для этих колец мог образоваться вследствие удара о Янус или Эпиметей метеорита или кометы[63].

В июле 2006 года снимки «Кассини» позволили установить наличие углеводородного озера недалеко от северного полюса Титана. Окончательно этот факт был подтверждён дополнительными снимками в марте 2007 года[64]. В октябре 2006 года на южном полюсе Сатурна был обнаружен ураган диаметром 8000 км[65].

В октябре 2008 года «Кассини» передал изображения северного полушария планеты. С 2004 года, когда «Кассини» подлетел к ней, произошли заметные изменения, и теперь она окрашена в необычные цвета. Причины этого пока непонятны. Предполагается, что недавнее изменение цветов связано со сменой времён года. C 2004 года по 2 ноября 2009 года с помощью аппарата были открыты 8 новых спутников. Основная миссия «Кассини» закончилась в 2008 году, когда аппарат совершил 74 витка вокруг планеты. Затем задачи зонда были продлены до сентября 2010 года, а потом до 2017 года для изучения полного цикла сезонов Сатурна[66].

В 2009 году появился совместный американско-европейский проект НАСА и ЕКА по запуску АМС «Titan Saturn System Mission» для изучения Сатурна и его спутников Титана и Энцелада. В ходе него станция Шаблон:Nobr будет лететь к системе Сатурна, а затем станет спутником Титана на два года. Также с неё будут спущены воздушный шар-зонд в атмосферу Титана и посадочный модуль (возможно, плавающий)[67][68].

Спутники

Шаблон:Main Крупнейшие спутники — Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан и Япет — были открыты к 1789 году, однако и по сегодняшний день остаются основными объектами исследований.Шаблон:Переход Диаметры этих спутников варьируются в пределе от 397 (Мимас) до Шаблон:Nobr (Титан), большая полуось орбиты от Шаблон:Nobr (Мимас) до Шаблон:Nobr (Япет). Распределение по массам соответствует распределению по диаметрам. Наибольшим эксцентриситетом орбиты обладает Титан, наименьшим — Диона и Тефия. Все спутники c известными параметрами находятся выше синхронной орбиты[69], что приводит к их постепенному удалению.

Файл:Saturn-map.jpg
Спутники Сатурна

Самый крупный из спутников — Титан. Также он является вторым по величине в Солнечной системе в целом, после спутника Юпитера Ганимеда. Титан состоит примерно наполовину из водяного льда и наполовину — из скальных пород. Такой состав схож с некоторыми другими крупными спутниками газовых планет, но Титан сильно отличается от них составом и структурой своей атмосферы, которая преимущественно состоит из азота, также имеется небольшое количество метана и этана, которые образуют облака. Также Титан является единственным, кроме Земли, телом в Солнечной системе, для которого доказано существование жидкости на поверхности[70]. Возможность возникновения простейших организмов не исключается учёными[71]. Диаметр Титана на 50 % больше, чем у Луны. Также он превосходит размерами планету Меркурий, хотя и уступает ей по массе.

Другие основные спутники также имеют характерные особенности. Так, Япет имеет два полушария с разным альбедо (Шаблон:Nobr и 0,5 соответственно). Поэтому, когда Джованни Кассини открыл данный спутник, то обнаружил, что он виден только тогда, когда находится по определённую сторону от Сатурна[72]. Ведущее и заднее полушария Дионы и Реи также имеют свои отличия. Ведущее полушарие[73] Дионы сильно кратерировано и однородно по яркости. Заднее полушарие содержит тёмные участки, а также паутину тонких светлых полосок, являющихся ледяными хребтами и обрывами. Отличительной особенностью Мимаса является огромный ударный кратер Гершель диаметром Шаблон:Nobr. Аналогично Тефия имеет кратер Одиссей диаметром Шаблон:Nobr. Энцелад согласно изображениям «Вояджер-2» имеет поверхность с участками разного геологического возраста, массивными кратерами в средних и высоких северных широтах и незначительными кратерами ближе к экватору[74].

По состоянию на октябрь 2019 года известно 82 спутника Сатурна, 12 из которых открыты при помощи космических аппаратов: «Вояджер-1» (1980), «Вояджер-2» (1981), «Кассини» (20042007). Большинство спутников, кроме Гипериона и Фебы, имеет синхронное собственное вращение — они повёрнуты к Сатурну всегда одной стороной. Информации о вращении самых мелких спутников нет. Тефии и Дионе сопутствуют по два спутника в точках Лагранжа L4 и L5[75].

В течение 2006 года команда учёных под руководством Дэвида Джуитта из Гавайского университета, работающих на японском телескопе Субару на Гавайях, объявляла об открытии 9 спутников Сатурна. Все они относятся к так называемым нерегулярным спутникам, которые отличаются ретроградной орбитой. Период их обращения вокруг планеты составляет от 862 до 1300 дней[76].

В 2015 году впервые были получены качественные снимки с изображением одного из спутников Тефии с хорошо освещённым гигантским ударным кратером, названным Одиссеем[77].

В 2019 году также с помощью телескопа Субару на Гавайях командой учёных под руководством Скотта Шеппарда из Института Карнеги были обнаружены 20 новых спутников Сатурна, вращающихся по ретроградной орбите[78].

Кольца

Файл:Saturn, Earth size comparison.jpg
Сравнение Сатурна и Земли (Фотомонтаж)
Файл:Earth-Moon system as seen from Saturn (PIA17171).jpg
Снимок Земли, сделанный межпланетной станцией Кассини около Сатурна (19.07.2013).

Шаблон:Main Шаблон:Seealso Сегодня известно, что у всех четырёх газообразных гигантов есть кольца, но у Сатурна они самые заметные. Кольца расположены под углом приблизительно 28° к плоскости эклиптики. Поэтому с Земли в зависимости от взаимного расположения планет они выглядят по-разному, меняется их так называемое «раскрытие» — от максимального, когда видна вся их ширина в плоскости, до минимального, очень тонкой полоски, когда эта плоскость видна «с ребра». Как предполагал ещё Гюйгенс, кольца не являются сплошным твёрдым телом, а состоят из миллиардов мельчайших частиц, находящихся на околопланетной орбите. Это было доказано спектрометрическими наблюдениями А. А. Белопольского в Пулковской обсерватории[79] и двумя другими учёными в 1895—1896 годах[80].

Существует три основных кольца и четвёртое — более тонкое. Все вместе они отражают больше света, чем диск самого Сатурна. Три основных кольца принято обозначать первыми буквами латинского алфавита. Кольцо В — центральное, самое широкое и яркое, оно отделяется от внешнего кольца А щелью Кассини шириной почти Шаблон:Nobr, в которой находятся тончайшие, почти прозрачные кольца. Внутри кольца А есть тонкая щель, которая называется разделительной полосой Энке. Кольцо С, находящееся ещё ближе к планете, чем В, почти прозрачно[81][82].

Кольца Сатурна очень тонкие. При диаметре около Шаблон:Nobr их толщина не достигает и километра (хотя существуют на поверхности колец и своеобразные горы[83]). Несмотря на внушительный вид, количество вещества, составляющего кольца, крайне незначительно. Если его собрать в монолит, его диаметр не превысил бы Шаблон:Nobr. На изображениях, полученных зондами, видно, что на самом деле кольца образованы из тысяч колец, чередующихся со щелями; картина напоминает дорожки грампластинок. Частички, из которых состоят кольца, имеют размер от Шаблон:Nobr до Шаблон:Nobr[84]. По составу они на 93 % состоят изо льда с незначительными примесями (которые могут включать в себя сополимеры, образующиеся под действием солнечного излучения, и силикаты) и на 7 % из углерода[85][86].

Существует согласованность движения частиц в кольцах и спутников планеты. Некоторые из них, так называемые «спутники-пастухи», играют роль в удержании колец на их местах. Мимас, например, находится в резонансе 2:1 c щелью Кассини и под воздействием его притяжения вещество удаляется из неё[87], а Пан находится внутри разделительной полосы Энке[88]. В 2010 году были получены данные от зонда Кассини, которые говорят о том, что кольца Сатурна колеблются. Колебания складываются из постоянных возмущений, которые вносит Мимас, и самопроизвольных возмущений, возникающих из-за взаимодействия летящих в кольце частиц. Происхождение колец Сатурна ещё не совсем ясно[89]. По одной из теорий, выдвинутой в 1849 году Эдуардом Рошем, кольца образовались вследствие распада жидкого спутника под действием приливных сил[43]. По другой — спутник распался из-за удара кометы или астероида[89].

Существует гипотеза, согласно которой кольца также могут быть у одного из спутников Сатурна — Реи.

Файл:Saturn 1-Agust-2015.jpg
Вид Сатурна в телескоп с Земли в 2015 году, обсерватория Ла-Каньяда, Авила, Испания (код J87)
Год Раскрытие колец Сатурна (градусы)[90]
1965 0
1972 26,73
1980 0
1987 -26,73
1994 0
2002 26,73
2009 0
2016 -26,73

Наблюдать кольца Сатурна удобнее всего, когда их раскрытие максимально. В это время на Сатурне либо зима, либо лето.

Слух в 1921 году

В 1921 году разнёсся слух о том, что Сатурн лишился своих колец, а их частицы летят в том числе и на Землю. Ожидаемое событие настолько взбудоражило умы людей, что публиковались расчёты, когда на Землю упадут частицы колец. Слух появился из-за того, что кольца попросту повернулись ребром к земным наблюдателям, а так как они очень тонкие, то в приборы того времени их было невозможно разглядеть. Люди поняли «исчезновение колец» в прямом смысле, что и породило слух[91].

В культуре

Название планеты

Файл:Edzell deities Saturn.JPG
Изображение бога Сатурна на стене древнего замка

В древнем Вавилоне планету называли Кайману[92] и сопоставляли с богом Ниниб (Нинурта)[93].

По Цицерону, древние греки называли Сатурн (звезду Сатурна) Шаблон:Lang-grc2 (Фенон / Фаэнон / Фэйнон Фоцифер («сияющий»)[94], Файнон[95])[96].

Гигин сообщает, что также называлась звездой Солнца[97].

В индийской мифологии планете Сатурн соответствует Шани[98].

Тимуридский поэт Алишер Навои называл в одном месте Сатурн злой планетой Кейван (Kayvon) (Хамса, I:XLII), а в другой Зуҳал[99].

В оккультизме

В оккультизме Сатурн соотносится со сфирой Бина. (См. также Халдейский ряд)[100].

В фантастике, фильмах и играх

Шаблон:Main

Сатурн стал, как и другие планеты Солнечной системы, темой некоторых научно-фантастических книг. Ещё в 1752 году Вольтер в повести «Микромегас» описал встречу на Сатурне местного жителя и гигантского существа с планеты, вращающейся вокруг Сириуса. В современной фантастике Роджер Желязны в рассказе «Песня чужого мира» описал обитателей Сатурна, как разумных пузырей, которые при помощи водородных шарльеров поддерживают высоту своего парения в области, пригодной для их жизни. Там же он высказал мнение, что планета может быть полезна Земле, как источник уникальных газов и органических соединений[101].

В «Дознании» из цикла «Рассказы о пилоте Пирксе» Станислава Лема кульминация сюжета разворачивается возле Сатурна, через кольца которого «взбунтовавшийся» робот направил звездолёт.

Кроме того, в литературе часто упоминается его спутник Титан, в том числе потому, что он является самым крупным спутником Сатурна, имеет плотную атмосферу, а также имеет жидкость (метан) на своей поверхности. Например, в «Дьявольском интерфейсе» Альфреда Бестера метановая вода Титана включает в себя очень ценный комплекс органических соединений, нужный для Земли[101]. В книге Курта Воннегута «Сирены Титана» главные персонажи перелетают жить на этот спутник.

Широкое внимание фантастов привлекли и кольца Сатурна. Они упоминаются в повести братьев Стругацких «Стажёры». По мнению одного из героев романа, планетолога Юрковского, кольца имеют искусственное происхождение. В повести Айзека Азимова «Путь марсиан» кольца становятся важным источником воды для марсианской колонии Земли[101].

Сатурн является темой и для других видов творчества. В манге и аниме-мультсериале «Сейлор Мун» планету Сатурн олицетворяет девушка-воительница Сейлор Сатурн, она же Хотару Томоэ. Её атака заключается в силе разрушения, является воином смерти и перерождения[102]. В игре Dead Space 2 действие происходит рядом с Сатурном на космической станции, которая находится на осколках Титана. Сатурн и его кольца можно увидеть в данной игре как из иллюминатора космической станции, так и в открытом космосе, выполняя поставленные задачи[103][104][105].

Примечания

Шаблон:Примечания

Литература

Ссылки

Шаблон:Навигация

Шаблон:Внешние ссылки Шаблон:Сатурн Шаблон:Спутники Сатурна Шаблон:Исследование Сатурна АМС Шаблон:Навигационная таблица

Шаблон:Атмосферы

  1. Ошибка цитирования Неверный тег <ref>; для сносок Moons не указан текст
  2. Сигнал потерян: зонд Cassini сгорел в атмосфере Сатурна.
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 Шаблон:Cite web
  4. Ошибка цитирования Неверный тег <ref>; для сносок nature2015 не указан текст
  5. Ошибка цитирования Неверный тег <ref>; для сносок Лента.ру не указан текст
  6. Шаблон:Cite web
  7. Шаблон:Cite web
  8. Williams A. S. //Monthly Notices Roy. Astron. Soc., 1894, 54, p. 297.
  9. Кригель А. М. Полугодовые колебания в атмосферах планет.//Астрономический журн. — 1986. — Т. 63, № 1. — С. 166—169.
  10. Шаблон:Cite press release
  11. Шаблон:Статья
  12. Шаблон:Статья
  13. 13,0 13,1 13,2 Шаблон:Cite web
  14. Шаблон:Cite web
  15. Шаблон:Статья
  16. Шаблон:Cite web
  17. Шаблон:Cite web
  18. 18,0 18,1 Шаблон:Cite web
  19. 19,0 19,1 Шаблон:Книга
  20. 20,0 20,1 20,2 Шаблон:Статья
  21. 21,0 21,1 21,2 Шаблон:Статья
  22. Шаблон:Статья
  23. 23,0 23,1 Шаблон:Статья
  24. Шаблон:Cite web
  25. Шаблон:Cite web
  26. Шаблон:Cite web
  27. 27,0 27,1 27,2 Шаблон:Cite web
  28. Шаблон:Статья
  29. Шаблон:Статья
  30. Шаблон:Статья
  31. Гексагон Сатурна воссоздан в лаборатории
  32. Шаблон:Cite web
  33. Шаблон:Статья
  34. Шаблон:Книга
  35. Шаблон:Cite web
  36. 36,0 36,1 Шаблон:Cite web
  37. Шаблон:Статья
  38. 38,0 38,1 Шаблон:Книга
  39. Шаблон:Статья
  40. Астрономы опубликовали открытия, сделанные в предсмертном вояже зонда «Кассини», 5 октября 2018
  41. Шаблон:Статья
  42. Шаблон:Cite web
  43. 43,0 43,1 Шаблон:Cite web
  44. Шаблон:Cite web
  45. Шаблон:Cite web
  46. Шаблон:Книга
  47. Шаблон:Статья
  48. Шаблон:Статья
  49. Шаблон:Статья
  50. Шаблон:Статья
  51. Шаблон:Cite web
  52. 52,0 52,1 Шаблон:Cite web
  53. 53,0 53,1 Шаблон:Cite web
  54. Шаблон:Cite web
  55. 55,0 55,1 Шаблон:Cite web
  56. Шаблон:Cite web
  57. Шаблон:Cite web
  58. Шаблон:Cite web
  59. Шаблон:Статья
  60. Шаблон:Cite web
  61. Шаблон:Cite web
  62. Шаблон:Cite web
  63. Шаблон:Cite web
  64. Шаблон:Cite web
  65. Шаблон:Cite web
  66. Шаблон:Cite web
  67. Шаблон:Cite web
  68. Шаблон:Cite web
  69. Шаблон:Статья
  70. Шаблон:Статья
  71. Шаблон:Статья
  72. Шаблон:Cite web
  73. Направленное в сторону движения спутника по орбите
  74. Шаблон:Книга
  75. Шаблон:Книга
  76. Шаблон:Статья
  77. Bright Basin on Tethys | NASA
  78. Шаблон:Cite web
  79. Шаблон:Статья
  80. Шаблон:Статья
  81. Шаблон:Cite web
  82. Шаблон:Cite web
  83. Шаблон:Cite web
  84. Шаблон:Статья
  85. Шаблон:Статья
  86. Шаблон:Статья
  87. Шаблон:Cite web
  88. Шаблон:Статья
  89. 89,0 89,1 Шаблон:Cite web
  90. Куликовский П. Г. «Справочник любителя астрономии», 110 стр.
  91. Перельман Я. И. «Занимательная астрономия», 142 стр.
  92. Альберт Олмстед. История персидской империи. Глава: Религия и календарь. ссылка на текст
  93. Б. А. Тураев. История древнего востока, Том 1, с.120, ссылка на текст
  94. источник
  95. Шаблон:Cite web
  96. Цицерон. О природе богов II 52:

    Та [планета], которую называют звездой Сатурна, а греки — Φαίνων, самая далекая от Земли, совершает свой путь приблизительно за тридцать лет, причем в этом пути она движется самым удивительным образом, то впереди [Солнца], то отставая [от него], то скрывается в вечернее время, то снова появляется в утреннее.

  97. Гигин. Астрономия II 42, 2

    ПЛАНЕТЫ 42. …
    2. Говорят, что вторая звезда — Солнца, но другие называют её звездой Сатурна. Эратосфен утверждает, что она получила имя от сына Солнца, Фаэтона. Многие рассказывают, что он без позволения отца управлял колесницей и стал падать на землю. Поэтому Юпитер поразил его молнией, и он упал в Эридан; затем Солнце поместило его среди звезд.

  98. Шаблон:Cite web
  99. Лейли и Меджнун (поэма Навои), XXXI
  100. Шаблон:Книга
  101. 101,0 101,1 101,2 Шаблон:Статья
  102. Шаблон:Книга
  103. Шаблон:Cite web
  104. Шаблон:Cite web
  105. Шаблон:Cite web